Ultrazvučno zavarivanje je industrijska tehnika kojom se visokofrekventne ultrazvučne akustičke vibracije lokalno primjenjuju na radne dijelove koji se drže zajedno pod pritiskom da bi se stvorio čvrsti zavar. Obično se koristi za plastiku i metale, a posebno za spajanje različitih materijala. U ultrazvučnom zavarivanju , ne postoje vezni vijci, čavli, lemilni materijali ili ljepila potrebna za povezivanje materijala. Kada se primjenjuju na metale, zapažene karakteristike ove metode su da temperatura ostaje znatno ispod tališta upletenih materijala i na taj način sprečava bilo kakve neželjene svojstva koja mogu nastati uslijed izloženosti materijalima visoke temperature.
Praktična primjena ultrazvučnog zavarivanja krute plastike završena je u 1960-ima. U ovom trenutku se može zavarivati samo tvrda plastika. Patent za ultrazvučnu metodu za zavarivanje krutih termoplastičnih dijelova dodijeljen je Robertu Soloffu i Seymouru Linsleyju 1965. Soloff, osnivač Sonics & Materials Inc., bio je laboratorijski voditelj tvrtke Branson Instruments gdje su tanke plastične folije zavarene u vreće i cijevi. pomoću ultrazvučnih sondi. Nenamjerno je pomaknuo sondu blizu dozatora plastične vrpce, a polovine dozatora su međusobno zavarene. Shvatio je da sondu ne treba ručno pomicati oko dijela, već da ultrazvučna energija može putovati kroz i oko krute plastike i zavariti cijeli spoj. Nastavio je s razvojem prve ultrazvučne štampe. Prva primjena ove nove tehnologije bila je u industriji igračaka.
Prvi automobil u potpunosti napravljen od plastike sabran je ultrazvučnim zavarivanjem 1969. Iako se plastični automobili nisu uhvatili, ultrazvučno zavarivanje se dogodilo . Automobilska industrija redovno ga koristi od 1980-ih. Sada se koristi za mnoštvo aplikacija.
Za spajanje složenih termoplastičnih dijelova s injekcijskim lijevanjem , oprema za ultrazvučno zavarivanje može se lako prilagoditi tako da odgovara preciznim specifikacijama zavarenih dijelova. Dijelovi su probušeni između gnijezda fiksnog oblika ( nakovnja ) i sonotroda (rog) spojenih na pretvarač, a emitira se akustična vibracija ~ 20 kHz niske amplitude. (Napomena: Uobičajene frekvencije koje se koriste u ultrazvučnom zavarivanju termoplastike su 15 kHz, 20 kHz, 30 kHz, 35 kHz, 40 kHz i 70 kHz). Pri zavarivanju plastike spoj je dvaju dijelova posebno dizajniran za koncentriranje procesa taljenja. Jedan od materijala obično ima šiljasti ili zaobljeni energetski direktor koji kontaktira drugi plastični dio. Ultrazvučna energija topi tačni kontakt između dijelova, stvarajući spoj. Ovaj postupak je dobra automatizirana alternativa za ljepilo , vijke ili dizajne. Obično se koristi s malim dijelovima (npr. Mobiteli, elektronika za široku potrošnju, medicinski alati za jednokratnu upotrebu, igračke itd.), Ali se može koristiti na velikim dijelovima poput malog skupa automobilskih instrumenata. Ultrazvuk se takođe može koristiti za zavarivanje metala, ali je obično ograničen na male zavare tankih, kovnih metala, npr. Aluminija, bakra, nikla. Ultrazvučni uređaji se ne bi koristili za zavarivanje šasija automobila ili zavarivanje komada bicikla , zbog potrebnih nivoa snage.
Ultrazvučno zavarivanje termoplastike uzrokuje lokalno otapanje plastike zbog apsorpcije vibracijske energije duž zgloba zavarivati. U metalima se zavarivanje događa uslijed visokotlačne raspršivanja površinskih oksida i lokalnog gibanja materijala. Iako postoji grijanje, nije dovoljno rastopiti osnovne materijale.
Ultrazvučno zavarivanje može se koristiti i za tvrdu i meku plastiku, poput polukristalne plastike, i za metale. Istraživanje i testiranje povećalo se razumevanje ultrazvučnog zavarivanja. Izum sofisticiranije i jeftinije opreme i povećana potražnja za plastičnim i elektroničkim komponentama doveli su do sve većeg znanja o temeljnom procesu. Međutim, mnogi aspekti ultrazvučnog zavarivanja još uvijek zahtijevaju više proučavanja, poput povezivanja kvalitete zavara i parametara procesa. Ultrazvučno zavarivanje i dalje je polje koje se brzo razvija.
Naučnici sa Instituta za znanost o materijalu i inženjerstvu (WKK) Univerziteta u Kaiserslauternu, uz podršku Nemačke istraživačke fondacije ( Deutsche Forschungsgemeinschaft ), uspeli su da dokažu da upotreba ultrazvučnih procesa zavarivanja može dovesti do veoma izdržljivih veza između lakih metala i ugljenika listovi ojačani vlaknima ojačani polimerom (CFRP).
Prednosti ultrazvučnog zavarivanja su u tome što je mnogo brže od klasičnih ljepila ili otapala. Vrijeme sušenja je vrlo brzo, a komadi ne trebaju dugo ostati u pričvršćivanju čekajući da se spoj osuši ili očvrsne. Zavarivanje se može lako automatizirati, čineći čiste i precizne spojeve; mjesto zavarivanja je vrlo čisto i rijetko zahtijeva bilo kakve popravke. Mali toplinski utjecaj na uključene materijale omogućava da se veći broj materijala zavari.
